工矿自动化

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孙继平, 孙雁宇, 范伟强

2019, 45(5): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17435

<摘要>(108) <HTML> (11) <PDF>(12)

摘要:
分析了矿井外因火灾监测方法，提出了基于可见光和红外图像的矿井外因火灾识别方法。① 温度和烟雾等传感器矿井外因火灾监测方法需多点布置，成本高、维护工作量大。② 可见光图像矿井外因火灾监测方法具有监测范围广、使用简单、成本低、受距离影响小、分辨率高、色彩信息丰富、边缘纹理信息清晰、火焰结构信息便于提取等优点，但受矿灯、巷道灯、车灯及红色物体等影响大。③ 红外图像矿井外因火灾监测方法具有监测范围广、使用简单、可在浓烟等能见度低情况下监测火灾等优点，但监视距离、矿尘、环境温度和湿度、物体表面发射率等均会影响温度测量，近距离的作业人员、白炽灯及机电设备等均会影响火灾监测。④ 基于可见光和红外图像的矿井外因火灾识别方法提高了火灾识别准确率：当可见光图像和红外图像均识别出火灾时，才判定为火灾，发出火灾报警信号；当仅有单一可见光图像或红外图像识别出火灾时，不判定为火灾，发出疑似火灾报警信号。⑤ 通过试验验证了基于可见光和红外图像的矿井外因火灾识别方法的可行性。

煤田火灾监测技术研究现状及展望

郑学召, 贾勇骁, 郭军, 文虎, 王宝元

2019, 45(5): 6-10. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17404

<摘要>(78) <HTML> (15) <PDF>(15)

摘要:
对磁探法、电阻率法、无线电波法、地质雷达法、气体测量法、同位素测氡法、温度法、遥感法等煤田火灾监测技术的研究现状进行了综述，对比了各技术的优缺点，指出现有煤田火灾监测技术存在环境因素限制多、成本高、自身技术局限多等问题；对煤田火灾监测技术进行了展望，指出无人机挂载红外热成像仪的低空遥感技术是煤田火灾监测技术的发展方向，并提出了以高效化、智能化、集成化为主导的发展思路。

基于自研设备高温源诱发甲烷爆炸特性研究

王海燕, 张雷, 郭增乐

2019, 45(5): 11-15. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17405

<摘要>(112) <HTML> (16) <PDF>(10)

摘要:
采用自主研制的高温源诱发可燃气体爆炸实验系统，模拟高温源诱发甲烷爆炸，对比了高温源和电火花2种诱发方式下甲烷爆炸特性参数的异同。结果表明：高温源诱发方式下甲烷爆炸极限为5.5%~14.5%，电火花诱发方式下为5%~15.5%，高温源诱发方式在爆炸极限边界处更难引爆甲烷；电火花诱发方式下甲烷爆炸具有比高温源诱发方式更明显的温度梯度，在不同甲烷浓度下，高温源诱发方式引爆甲烷时最大爆炸压力均大于电火花诱发方式；高温源诱发方式下最大爆炸压力对应的甲烷体积分数为14.5%，电火花诱发方式下为9.5%和14.5%；各甲烷浓度下高温源诱发方式引爆甲烷时升压时间均大于电火花诱发方式。

平顶山十矿煤层标志气体生成量分布规律研究

朱玉, 秦汝祥, 邬灿春

2019, 45(5): 16-21. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110053

<摘要>(98) <HTML> (38) <PDF>(11)

摘要:
针对平顶山十矿己15、己16、己17、己18煤层自然发火问题，利用程序升温氧化实验分析各煤层气体生成量变化，确定了煤层标志气体：丙烷可作为己15煤层标志气体，乙烷可作为己16煤层标志气体，CO可作为己17、己18煤层标志气体。将实验数据导入Matlab软件进行曲线拟合，得到了煤层标志气体生成量与温度之间的拟合关系式。利用现场布置的钻孔测量不同时期煤层温度及标志气体生成量，将温度测量数据代入拟合关系式，得到的标志气体生成量计算数据与实际测量数据基本一致，验证了拟合关系式的有效性。

大采高综采工作面采空区自燃“三带”研究

屈世甲, 安世岗, 武福生, 李鹏

2019, 45(5): 22-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17403

<摘要>(122) <HTML> (16) <PDF>(13)

摘要:
针对上湾煤矿12401大采高综采工作面采空区煤自燃防治，通过程序升温氧化实验确定CO作为煤自燃预报指标气体，并辅以C2H4来掌握煤自燃情况；在工作面采空区回风侧铺设束管对采空区气体进行监测，根据监测结果划分了采空区自燃“三带”：距工作面0～32 m处为散热带，32～225 m处为自燃带，225 m以外为窒息带；依据散热带和自燃带总长度及煤最短自燃发火期，计算出工作面最小安全推进速度约为6.4 m/d。该研究结果为工作面防灭火措施制定提供了可靠依据。

复合高吸水性树脂对煤自燃的抑制性能研究

张亢, 杜治昊, 王德明, 窦国兰

2019, 45(5): 26-30. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17417

<摘要>(74) <HTML> (16) <PDF>(15)

摘要:
针对现有矿用防灭火阻化材料存在流动性差、灭火效果不理想、成本高等问题，采用水溶液聚合法合成无机黏土复合高吸水性树脂，对其进行结构表征和热稳定性测定，并结合煤自燃升温过程对其阻化性能进行研究。红外光谱测试及热稳定性分析结果表明，制备的复合高吸水性树脂具有高吸水性特征的主要官能团，热稳定性高。采用CaCl2、抗坏血酸、复合高吸水性树脂3种阻化剂对煤样进行阻化处理，并对阻化后的煤样进行氧化动力学和指标性气体测试，结果表明，相比原煤、CaCl2溶液和抗坏血酸阻化的煤样，煤样温度达到70 ℃时复合高吸水性树脂阻化煤样氧消耗量最小，交叉点温度最高，产生CO和CO2所需的初始温度更高，说明复合高吸水性树脂对煤自燃的抑制效果更好。

煤最短自然发火期快速预测方法

康文杰, 周亮宇, 王德明, 李金帅

2019, 45(5): 31-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17410

<摘要>(46) <HTML> (7) <PDF>(14)

摘要:
针对现有煤最短自然发火期预测方法存在操作复杂、耗时费力等问题，提出了一种煤最短自然发火期快速预测方法。通过煤自燃特性的氧化动力学测试获得煤氧化过程中不同阶段的特征参数，利用线性拟合建立了煤自燃倾向性判定指数和绝热氧化时间的函数关系；根据F-K热自燃理论，建立了煤绝热氧化时间和特征尺寸之间的函数关系；利用以上函数关系推导出煤最短自然发火期快速预测模型。基于该方法获得的煤最短自然发火期预测值与实际值基本一致。该方法耗时少、操作简单，适合大量煤样的最短自然发火期预测。

大采高智能化综采装备关键技术研究

张玉良

2019, 45(5): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x. 2019020023

<摘要>(73) <HTML> (5) <PDF>(10)

摘要:
为了保障智能化综采装备安全高效运行和智能化综采技术常态化应用，以陕西黄陵二号煤矿有限公司大采高综采工作面为例，针对采煤机、液压支架、视频系统等智能化综采装备，重点研究了采煤机精准调高传感器及其保护装置、机械和液压系统可靠性、CAN总线通信隔离、远程启停控制、外喷雾装置，液压支架压力及行程传感器、推溜控制，视频系统高性能广角摄像仪和多角度调节安装架等关键技术，从而不断提升大采高智能化综采装备的可靠性和监控精准度。

钻孔不同变形失稳时抽采负压分布规律研究

焦荣坤, 张学博, 栗翌

2019, 45(5): 40-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070064

<摘要>(99) <HTML> (9) <PDF>(8)

摘要:
针对钻孔内瓦斯流动变质量流的特点及钻孔变形情况，建立了综合考虑钻孔负压动态变化的瓦斯抽采固-流耦合模型，并以新安煤矿为例，采用多物理场耦合软件Comsol Multiphysics对钻孔不同变形失稳时抽采负压分布进行了数值模拟研究。结果表明：① 完整孔孔口、孔底附近煤层瓦斯分布基本相同，抽采负压损失较小。② 钻孔塌孔时，仅塌孔段附近煤层瓦斯分布与完整孔稍有不同，总负压损失比完整孔大，但与孔口负压相比仍较小。③ 钻孔堵孔时，孔口、孔底周围煤层瓦斯分布差异巨大，钻孔有效抽采长度缩短，堵孔段附近煤层出现抽采空白带；完整段抽采压力变化相对较小且仍为负压，堵孔段抽采压力变成正值，且越靠近钻孔底部越接近附近煤层瓦斯压力。现场测试结果表明完整孔抽采负压损失较小，且随抽采时间的延长而变小，与数值模拟结果一致。

采煤机截割部行星减速器可靠性分析

田震, 高珊, 荆双喜, 赵丽娟

2019, 45(5): 46-50. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100004

<摘要>(85) <HTML> (8) <PDF>(5)

摘要:
为研究多因素影响下采煤机截割部行星减速器的可靠性，以MG400/951-WD采煤机为研究对象，根据截齿受力分析和煤样机械性质测定结果，计算出螺旋滚筒受到的载荷曲线。将载荷施加给截割部模型进行仿真，得到行星架与行星轴的应力信息；通过构建应力-可靠度的高斯型隶属度函数，获取行星架与行星轴的可靠度信息。基于正交试验分析煤的普氏系数、采煤机牵引速度及滚筒截割深度对行星减速器可靠度的影响规律及显著性程度，得出结论：采煤机牵引速度对行星减速器可靠性的影响最大，其次是煤的普氏系数，截割深度对行星减速器可靠性的影响最小；随着煤的普氏系数增大，行星减速器可靠度降低的幅度增大，且可靠度降低趋势愈加明显；随着牵引速度和截割深度的增加，行星减速器可靠度降低的幅度趋于平缓。

矿用带式输送机齿轮箱混合故障诊断研究

杨云, 熊继军, 宋要斌, 马利云, 王向玲

2019, 45(5): 51-55. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110004

<摘要>(42) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对基于振动信号分析的矿用带式输送机齿轮箱故障诊断方法存在不易处理混合故障信号的问题，提出了一种基于自组织映射网络的矿用带式输送机齿轮箱混合故障诊断方法。采用融入Shannon熵的小波阈值去噪方法对矿用带式输送机齿轮箱的标准多故障样本进行预处理，对预处理后的标准多故障样本建立高斯混合分布模型后，采用最大期望算法进行模型的参数估计，得到相应特征向量并输入自组织映射网络，自组织映射网络对不同混合故障类型的故障信号进行聚类和识别，从而判断故障类别。实验结果表明，该方法能有效诊断出矿用带式输送机齿轮箱的多故障混合信号对应的故障类别，整体诊断准确率为88%，在6种工况下诊断准确率为100%，为矿山机电设备的齿轮箱故障诊断提供了一种新方法。

采煤机捷联惯导系统杆臂效应误差补偿方法研究

司卓印, 李威, 仝军令

2019, 45(5): 56-61. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120038

<摘要>(66) <HTML> (13) <PDF>(7)

摘要:
针对杆臂效应误差力学补偿方法无法实时求出角加速度信息的问题，在分析采煤机捷联惯导定位系统杆臂效应产生原因的基础上，提出了一种改进的杆臂效应误差补偿方法。该方法利用导航坐标系下不同时刻重力加速度分量相同的原理求出杆臂长度；然后利用角速度求出载体坐标系相对于导航坐标系的角加速度；最后通过杆臂效应误差公式求出测量加速度的误差，从而对加速度输出进行补偿。仿真结果表明，该补偿方法能够有效提高采煤机捷联惯导定位系统的精度，能有效补偿采煤机的位置误差，消除累积误差的影响，相对于补偿前采煤机x方向和y方向的定位精度分别提高了5.1%和23.6%。

悬臂式掘进机俯仰角调控系统仿真研究

臧富雨, 王凯硕, 吉晓冬, 张敏骏, 刘丹, 吕馥言, 吴淼

2019, 45(5): 62-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110068

<摘要>(103) <HTML> (15) <PDF>(9)

摘要:
目前掘进机俯仰角检测误差主要通过人工控制掘进机前铲板、后支撑来补偿，补偿范围十分有限，且效率低下，控制精度与自动化程度较低。针对该问题，建立了悬臂式掘进机俯仰角与执行机构数学模型，确定了通过PID控制器控制掘进机前铲板与后支撑液压缸位移实现掘进机位姿调整的方法；利用AMESim建立掘进机执行机构的完整液压模型，仿真结果表明，俯仰角调控系统响应时间小于3 s，液压缸位移控制误差小于2 mm，验证了系统的基本性能；Simulink仿真结果验证了俯仰角调控系统响应时间短、跟踪误差小，且具有较好的动态跟踪性能。

高次模下矩形巷道形状因子对电磁波的影响

王旭启

2019, 45(5): 68-72. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100062

<摘要>(95) <HTML> (11) <PDF>(7)

摘要:
不同形状的巷道内电磁波的传播特性不同，在不同次模情况下的电磁波传播特性也不相同。在分析电磁波传输理论和多波模理论的基础上,利用计算机对高次模情况下矩形巷道形状因子对电磁波传播衰减的影响进行了仿真研究。仿真结果表明，在矩形巷道形状因子一定时，随着电磁波传输模式的升高，电磁波的衰减越来越大；不同模式时，随着形状因子的增大，电磁波衰减曲线的斜率不变；水平极化模式时，随着形状因子的增大，电磁波的衰减先减小后增大，在形状因子为1.7时，衰减率最小；垂直极化模式时，随着形状因子的增大，衰减曲线也呈现先减小后增大的趋势，在形状因子为0.7时，衰减率最小；在形状因子等于1时，水平极化模式与垂直极化模式对电磁波传播衰减的影响相同，形状因子小于1时，垂直极化模式对电磁波衰减的影响大于水平极化模式，形状因子大于1时，水平极化模式对电磁波传播衰减的影响大于垂直极化模式。

磁耦合谐振式无线电能传输系统四线圈结构研究

冯柳, 赫佳峦

2019, 45(5): 73-78. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17385

<摘要>(132) <HTML> (12) <PDF>(13)

摘要:
针对传统的四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈位置相对固定、不得随意改变，从而导致使用局限性的问题，提出了一种新型的四线圈结构：电源线圈、负载线圈分别与集总电容相连接，形成电源谐振回路和负载谐振回路，电源线圈可与发射线圈产生磁谐振，负载线圈可与接收线圈产生磁谐振，同时可以改变4个线圈的相对位置，适当调整4个线圈之间距离。该结构不仅可增加无线电能的传输距离，还可改善频率分裂，使系统输出功率和传输效率最大。仿真与实验分析了4个线圈之间的不同耦合系数组合对系统传输效率和输出功率的影响，结果表明，电源线圈与发射线圈之间的耦合系数越大，系统的传输效率越高，随着耦合系数的增大，传输效率先增大后减小；输出功率和传输效率随着负载线圈和接收线圈之间的传输距离的增加而明显减小，针对不同的传输距离，调整负载线圈和接收线圈之间的距离，可使系统获得同一负载下的最大传输效率及输出功率。

三相四开关逆变器供电的永磁同步电动机脉冲序列预测控制

张梅梅, 郝剑奇

2019, 45(5): 79-84. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010019

<摘要>(91) <HTML> (12) <PDF>(5)

摘要:
针对单矢量预测控制方法存在控制自由度少、电流和转矩纹波大的问题，提出了一种三相四开关逆变器供电的永磁同步电动机脉冲序列预测控制方法。构造了两类包含3个电压空间矢量的对称型脉冲序列，利用电流参考值跟踪成本函数来选取优化脉冲序列；给出了电流参考值跟踪目标下的占空比计算公式，并通过调节直流分量对占空比进行补偿，从而实现直流母线电容电压平衡。仿真结果表明，该方法能实现电流参考值跟踪和母线电容电压平衡，有效减小了电流纹波和转矩脉动。

内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略

谷明月, 刘艳

2019, 45(5): 85-91. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110003

<摘要>(123) <HTML> (17) <PDF>(6)

摘要:
为改善中高速永磁同步电动机无位置传感器控制的稳态、动态性能，并针对电动机反转时传统的正交锁相环不能有效运行的问题，提出了一种基于超螺旋滑模观测器与改进正交锁相环的内置式永磁同步电动机无位置传感器控制策略。在两相静止坐标系下，使用超螺旋函数取代传统滑模观测器的开关函数构建超螺旋滑模观测器，可充分抑制滑模抖振，同时避免了低通滤波器的使用，解决了低通滤波器带来的相位延迟与幅值衰减问题；改进的正交锁相环算法避免了正切函数的使用，利用一种简单的反电动势信号重构策略获取误差信号，相比于基于正切函数的正交锁相环算法更简单有效，能够使电动机反转运行，且在运行过程中转速与位置估计误差较小。仿真结果验证了该控制策略的可靠性和有效性。

基于同步监测的锚杆受力监测系统设计

彭跃金, 李青锋, 邓弘哲, 谷洪飞, 黄启云

2019, 45(5): 92-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100040

<摘要>(94) <HTML> (8) <PDF>(5)

摘要:
针对现有锚杆受力监测方法存在的结构复杂、测点单一、安装不便等问题，设计了基于同步监测的锚杆受力监测系统。该系统选用扩散硅压力传感器采集巷道某一断面的锚杆轴向力，可同时获取8根锚杆的受力数据；将采集的数据进行分压滤波、AD转换后，存储并传输。实验结果表明，该系统实现了对巷道某一断面多根锚杆、锚索的高采样率同步监测，测量精度可以满足断面锚杆受力同步监测的要求。

矿用电动机振动信号早期故障特征提取方法

张建公

2019, 45(5): 96-99. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17399

<摘要>(109) <HTML> (7) <PDF>(8)

摘要:
针对现有矿用电动机振动信号故障特征提取方法存在依赖参数设置、频率混叠、信号失真等问题，提出了一种基于双树复小波变换的矿用电动机振动信号早期故障特征提取方法。利用双树复小波变换对采集的矿用电动机振动信号进行分解，得到各层双树复小波系数，并采用软阈值滤波对各层双树复小波系数进行滤波处理，滤波处理后的双树复小波系数经双树复小波变换重构获得去噪信号。应用结果表明，该方法能有效去除电动机振动信号中噪声，提取的早期故障特征能很好地反映电动机实际运行工况，为电动机早期故障诊断提供了有效依据。

矿用带式输送机输送量测量方法现状及发展趋势

张少宾, 蒋卫良, 芮丰

2019, 45(5): 100-103. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010055

<摘要>(105) <HTML> (11) <PDF>(12)

摘要:
对目前矿用带式输送机输送量的测量方法即电子胶带秤测量法、核子胶带秤测量法、超声波测距测量法、激光CCD图像测量法、激光扫描测量法进行了分析，并从测量精度、响应时间等方面对各种方法进行了对比分析。接触式测量法中，电子胶带秤测量法测量精度高，但响应速度较慢，稳定性较差；非接触式测量法中，激光扫描测量法测量精度较高，响应速度较快，稳定性较好。指出带式输送机输送量测量方法的发展趋势是提高测量精度、抗干扰性和适应性，非接触式测量法或融合多种技术的方法将逐渐成为主流的输送量测量方法。

石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案

梁华杰, 张凤杰

2019, 45(5): 104-108.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17382

<摘要>(90) <HTML> (16) <PDF>(6)

摘要:
在分析切顶卸压沿空留巷技术优势的基础上，结合石泉煤矿19022工作面地质及开采技术条件，提出适用于石泉煤矿的切顶卸压沿空留巷方案：回采巷道超前加强支护选择高强度锚索配合单体液压支柱迈步抬棚；对采空区至超前支护段的巷道顶板实施预裂爆破，构成卸压时的断裂切顶线；工作面后方的沿空留巷采用贴帮丛柱+单体液压支柱抬棚+液压抬棚的形式进行补强支护。矿压监测结果表明，巷道顶板平均下沉量为95 mm，两帮平均移近量为225 mm，符合巷道断面变形要求；巷道支架平均支护阻力为33 MPa，符合巷道支护强度要求。

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2019年第45卷第5期

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